Chapter 11
Lithography Costs
11.1 Cost-of-Ownership
投影光刻术问世以来，曝光工具的高价标签使光刻术的成本成为一个问题，而光刻术的成本最终可能限制图案化能力，而不仅仅是技术可行性。尽管在电子产品市场中，价格总是次于性能，但大型个人电脑和便携式电话市场已被证明是极具弹性的。为了满足消费者的需求，光刻除了提供技术能力外，还需要具有成本效益。光刻成本有几个组成部分。这些措施包括：
1.资本设备成本、吞吐量和利用率
2.消耗品，如光化学制品
3.光罩
4.返工和成品率
5.计量学
6.维修
7.劳动
8.设施
这些因素可以在不同程度上加以考虑。SEMA-TECH生成了一个详细的拥有成本模型，该模型的增强版可在市场上买到。1在本章中，介绍并讨论了此类拥有成本模型的基本组成部分。
在晶圆厂中，光刻工具通常是最昂贵的。即使不是这样，在IC制造过程中，许多层的图案化都需要光刻，而大多数其他工具仅用于几个步骤，这意味着每个晶圆厂都需要大量的光刻工具，从而导致光刻设备的总成本很高。
晶圆步进机是光刻工具组中最昂贵的设备。自20世纪70年代末引入以来，它们的价格平均每年增长17%，目前领先的步进扫描系统的价格超过5000万美元（图11.1和11.2）。
光刻的成本可以用三种方法来衡量：
1．每个晶圆的成本为
2．每个芯片的成本是
3．每单位功能的成本，如一位内存。
随着光刻成本的组成部分被审查，每种度量的使用将变得更加明显。
11.1.1 Capital costs
与早期的步进机相比，今天的步进机成本增加的影响评估必须包括考虑新机器的吞吐量和能力的增加。例如，第一台商用步进机GCA DSW4800仅耗资300000美元，但它每小时只能加工10个晶圆（4英寸）。现代曝光工具能够每小时曝光140多个晶圆（300毫米）。就每小时每片硅片的成本而言，GCA的成本效益要高得多，但当考虑到每小时生产的硅面积时，人们得出了不同的结论（见表11.1）。随时间变化的情况如图11.3所示。图11.3的有趣之处在于，尽管单个曝光工具的价格呈指数级增长，但以每小时曝光硅面积的美元计算，光刻成本相对稳定。虽然使用浸入式光刻技术曝光硅区域的成本有所增加，但这些增加明显小于图中所示的曝光工具价格的指数增长。11.1和11.2。
先进的光刻技术还有其他好处，因为更高的分辨率使更多的功能能够封装到硅的每个单位面积中。尽管曝光工具成本随着时间的推移显著增加，但每比特的成本却大幅下降。就微电子对消费者的价值而言，现代晶圆步进机具有极高的成本效益。然而，对于芯片生产商来说，非常高的资本成本需要巨大的投资。这一成本无疑极大地促进了半导体行业的转型，从由大量小型芯片制造公司组成，转变为只有少数几家大型生产商和各类公司与其他公司签订合同进行制造。由于大多数拥有成本分析是针对晶圆尺寸恒定的时间段进行的，因此最常见的拥有成本分析类型是每晶圆成本，这是本章讨论的指标。通过适当调整晶圆的拥有成本，可以获得面积或比特成本分析的扩展。
如前所述，光刻的成本受到设备吞吐量的强烈影响。每个曝光晶圆的基本资本成本为
其中Ced是每小时的资本折旧，Tp是系统的原始吞吐量（以每小时晶圆为单位），Ui是部分设备利用率。原始吞吐量是每小时可由稳定状态下运行的步进机对齐和曝光的晶圆数。如果光刻设备配置有与光阻处理设备连接的曝光工具，则其应为总光泽度每小时的资本折旧，即光泽度的总利用率。tp是光气团吞吐量，可由光阻处理设备的吞吐量而不是曝光工具确定。
提高光刻生产率的早期努力集中在步进机吞吐量上。阶跃和重复系统的原始吞吐量的基本模型（单位：每小时晶圆数）为
式中，N为每个晶圆的曝光场数，Texp为每个场的曝光时间，Tstep为场间跨步所需的时间量，包括振动稳定的时间（“跨步和稳定时间”）和聚焦所需的时间。该步骤还包括使用逐片对准的步进机的对准时间。每个晶片的开销时间是从卡盘上取出晶片、将新晶片放在卡盘上并对齐晶片所需的时间。等式（11.2）右侧的所有时间均以秒为单位进行测量，对于该等式，假设每个晶片仅使用一个光罩。
镜头大小为A480mm×10×10×10毫米。在这样一个小的场中，每个晶圆需要许多曝光量[Nin等式（11.2）]。提高生产率的第一步是将镜头缩小到5倍。现场尺寸（在晶圆上）增加到直径>20 mm，使14毫米×14毫米和15毫米×15毫米字段。随着时间的推移，磁场直径增加到31 mm以上，能够支撑22 mm×22 mm的磁场。这些更大的字段提供了更高的吞吐量，可以支持较大的芯片尺寸。从10 mm×10 mm字段迁移到22 mm×22 mm字段导致inN减少，并大大提高了步进机吞吐量。应该注意的是，由于部分场通常暴露在晶圆的边缘，因此减少inN并不精确地与曝光场面积的比率成比例，但是从10×透镜减少到5×透镜减少的过渡大约减少了4倍。通过步进扫描，甚至可以使用更大的曝光场，曝光场大到26 mm×33 mm的工具是典型的。尼康和佳能已经推出了与这一领域规模相匹配的step和REPEAT系统。第11节将进一步讨论这些工具。2.
通过增加Tex和Tstep中的值来减少或延长所需时间，这是非常有益的。如果用于曝光场的总光能保持不变，则TEXT将需要与场大小的任何增加成正比地增加，因为固定数量的光将传播到更大的区域，并且NTEXP将保持相当恒定，假设N与场面积成反比。由于边缘场的存在，Ntexp实际上可以增加，而不会改善总的照明通量，而更大的场的唯一好处是减少了Tstep项。幸运的是，提高步进机生产率的另一个重要方法是光通量。如果是光强度，如果是光阻灵敏度（在晶圆上达到所需光阻尺寸所需的曝光剂量），则
早期的晶圆步进器为晶圆平面提供<100 mW/cm2的光，而i线曝光工具的强度超过4000 mW/cm2的情况在今天很常见。这些光强度的增加导致成比例的减少。光致光阻的灵敏度也随着时间的推移而提高，特别是随着化学放大光阻的出现。在使用化学放大光阻的DUV系统中，暴露强度可小于1000 mW/cm2，同时仍保持实际生产率。4如今，字段通常暴露在<0。1秒。曝光时间有实际限制，因为在步进和重复系统上曝光时间过短会导致剂量控制问题，而在步进和扫描系统上的快速曝光会受到最快可控级扫描速度的限制。扫描速度也受到脉冲间能量稳定性和准分子激光脉冲频率的限制，如第5章所述。
大字段大小（smallerN）带来的吞吐量改进在一定程度上被步进或扫描更长距离的需要所抵消。字段大小的增加需要更长的步进距离，因此减小的步进距离在一定程度上会被增加的步进距离所抵消。然而，由于晶圆级技术的改进，已经有了显著的改进。级必须能够高速、加速、减速和急动（位置的三次导数）。
在曝光之前，舞台位置必须返回到一个稳定的位置，晶圆片也必须适当聚焦和调平。先进的机械建模技术已被用于优化舞台设计，并采用了最先进的控制技术和电子技术。需要注意的是，attstepinEq.(11.2)是一个平均的步进-稳定时间，实际时间会在不同的方向上有所不同，特别是对于非正方形字段。对于当代的i线晶圆步进器，Eq.(11.2)中使用的参数的典型值如表11.2所示。
开销时间包括晶圆传输时间和全局对齐时间。在大量对齐站点增强的对齐精度和吞吐量之间有一个明显的权衡。如果每个晶片使用多个晶片，那么交换晶片的时间可以包括到into(见问题11.2)。
步进扫描系统有一些修改的吞吐量模型。基本吞吐量方程(Eq. 11.2)经修正后适用。对于步进扫描系统，曝光时间是
其中hfis扫描场高度，His是狭缝高度，vis是扫描速度(图11.4)。所有的尺寸和速度必须与晶圆片或十字线一致。需要一定的扫描启动时间，所以当曝光实际发生时，阶段以恒定的控制速度移动，这个时间可以包括intstep。为了将光阻敏感性纳入模型，需要计算暴露剂量。如果为狭缝中位置的强度，则扫描器中的曝光剂量为
与式(11.3)相比，为了在给定曝光剂量下获得相同的曝光时间，扫描仪的光强必须比步进重复系统大
对于典型的视场高度HF=25 mm，狭缝高度为5–10 mm，曝光强度必须大于3倍。5–6，以便扫描仪具有与等效步进重复系统相同的曝光时间。然而，扫描曝光工具的光线分布在一个区域上，该区域比具有相同场大小的步进重复系统上的面积小
使用产生准直光的激光光源照明较小的区域并不困难，但这对于必须收集从许多不同方向发出的光的弧光灯系统来说是一个挑战。
通过改变公式（11.2）预测的使用塔勒场进行的改进并不理想，因为需要更长的扫描时间。例如，假设扫描高度增加2倍，将字段数减半：
步长被修改为tstep→t0step，表示步长字段略长。虽然暴露场的减少使两项减半(或几乎减半)，但仍有一项N(HF/v)与吨成比例。因此，油田减少的好处与油田数量的减少不成正比。
设备停机时间和安装时间从设备输出中扣除，这些都包含在Eq.(11.1)的利用率中。为了便于半导体制造设备生产率的分析，定义了一组标准状态(图11.5)。当设备处于生产状态的时间达到最大时，生产率就会提高。最明显的生产力损失发生在工具处于非功能状态时。这是设备停机时间。典型的光刻工具停机时间为5-10%。当设备意外损坏需要维修时，就会发生计划外停机。定期停机发生在更换灯、准分子激光窗、清洗光阻加工设备和类似类型的必要和可计划的设备维护。工程时间是指设备用于工艺和设备工程的时间。在某种程度上，过程工程是晶圆厂的目标，这可以被认为是有用的时间。当过程工程使用工具来分析与工具相关的问题时，这不是宝贵的时间。
待机时间通常是影响工作效率的一个重要因素。它包括没有操作人员可用的时间、等待生产测试结果的时间以及没有可用产品的时间。当测试晶片需要设置单独批次时，待机时间可能会很高。应该注意的是，当没有产品可用时，最佳的工厂操作必然会导致一定的待机时间。这可以理解为:因为在光刻之外加工晶圆的时间是可变的，所以光刻可用的工作也会不同。考虑一个只有一个光刻簇的光刻扇区。从排队论来看，等待加工的批数与加工时间和批进入光刻的平均速率有关
保持100%的设备利用率相当于使f0 =0。比较方程式。(11.15)和(11.16)，可以看到，假设输入源是无限的，试图保持100%的设备利用率会导致等待处理的批次数量趋于无穷大。如果我们假设处理时间不变，那么
和方程式。(11.15)和(11.16)可以求解。结果绘制在图11.6中。类似但更复杂的方程适用于多光团的情况，但基本结论是相同的:除非在没有可用晶圆的情况下计划一些时间，否则光刻操作前的队列会变得非常大。对于多个光簇，队列的大小在给定的时间分数内以零队列的方式减少。为了最大限度地提高生产率，在没有晶圆的情况下，需要尽可能地保持最小，但最优值是非零的。
这一结论对那些既想避免昂贵的光刻设备闲置时间，又想保持良好的循环时间（这需要小队排队）的管理者来说是没有吸引力的。许多晶圆厂的经理试图避免数学上证明的不可避免的事情，最终导致他们的后悔和失败
Eq.(11.1)中的利用率为图11.5设备状态图中生产时间与工程时间的比例之和。由于实际需要使用有限的待机时间以避免大的队列，因此消耗了一部分正常运行时间，但不幸的是，这通常只是损失的生产时间的一小部分。另一个原因是生产组织的不足，很明显，一些公司在管理这方面比其他公司更有效。这是一个管理问题，不是直接的光刻科学之一，也不会在本书中进一步讨论。
从光刻资本成本的角度来看，考虑一个由5000万美元的步进扫描系统组成的光电管，与900万美元的抗蚀处理设备相连。如果设备在5年内折旧，那么直接折旧成本是每小时1347美元。如果原始生产能力是每小时140个晶片，利用率是80%，那么每个晶片成本的资本贡献是12美元。所有其他费用都可以与这个数字相比较。在这一分析中，资本成本不包括在内，而资本成本随利率波动。
翻译：
从光刻资本成本的角度来看，考虑一个由5000万美元的步进扫描系统组成的光电管，与900万美元的抗蚀处理设备相连。如果设备在5年内折旧，那么直接折旧成本是每小时1347美元。如果原始生产能力是每小时140个晶片，利用率是80%，那么每个晶片成本的资本贡献是12美元。所有其他费用都可以与这个数字相比较。在这一分析中，资本成本不包括在内，而资本成本随利率波动。
11.1.2 Consumables
每片晶片都需要用到光化学物质。最昂贵的化学药品是光刻胶，其典型成本见表11.3。抗蚀涂层使用1 - 2cc每晶圆(300毫米)，所以在生产中，每个晶圆的抗蚀成本可以在0.10到2.00美元之间，假设较小的体积/晶圆抗蚀使用。每片晶圆的开发成本会增加0.20到0.50美元。如果使用减反射涂层，其成本也必须包括在内。如果这些抗反射涂层不是设备集成的关键部分，而仅仅是为了改善光刻，那么它们的涂层或沉积、蚀刻和剥离成本也必须包括在确定光刻拥有成本中。
除了光化学物质，还有其他消耗性元件和材料，如滤光片、水银弧光灯和准分子激光气体。灯系统的拥有成本比激光系统低得多，因为后者需要定期更换昂贵的激光腔和激光光学元件。通常更换激光元件的频率如表11.4所示。更换频率取决于激光的使用情况，也就是说，已经发射了多少脉冲。为了使表11.4中的脉冲数更直观，连续工作的6千赫激光每年发射1890亿个脉冲。即使在批量生产中，DUV曝光工具通常也只有约30%的时间暴露晶圆，但这仍然意味着每年将近570亿脉冲。KrF准分子激光系统的总耗材成本估计为每年约30万美元，相比之下，基于灯的系统每年仅为6万美元，而ArF激光器的耗材成本高于KrF激光器。基于灯的系统显然具有较低的消耗品成本。
处置费用也增加了拥有成本，因为汞弧光灯、氟滤光片(用于准分子激光器)和使用过的光化学物都需要在符合工人安全和人类环境的适当考虑的情况下进行处置。然而，与其他成本相比，这些成本通常是可以忽略不计的，并且在计算光刻的所有权成本时经常被忽略
11.1.3 Mask costs
光刻掩模已成为影响光刻成本的重要因素。直到一家名为AMD的公司对内部掩模使用情况进行了研究，发现一个平均分划板仅用于暴露1800–2400个晶圆，才充分认识到这一点。10,11通过对SEMA技术成员公司的后续调查，发现掩模使用的这一水平并非非典型，尽管在不同的公司，十字线的使用范围很广。对于专用集成电路（ASIC）制造商而言，掩模使用率可能较低；对于ASIC公司来说，每个分划板500个晶片被认为是典型的。对于DRAM或主流微处理器制造商而言，每个分划板的使用量很容易超过5000个晶片。光掩模对拥有成本的贡献是每个公司业务的函数。
在6英寸上制作的二元贴面。目前，根据需求，基板的成本为1K - 200K美元。没有明确规定对登记和尺寸控制有严格要求的线扣可以在折旧的设备上制造，这些线扣的成本主要是次要成本。对登记和线宽控制有更严格规格的线扣需要使用最新的掩模制作和检测设备，因此成本更高。假设掩模成本在1K - 200K之间，以每线1800个晶圆的使用率计算，掩模对光刻成本的贡献从每晶圆曝光0.55 - 111.11美元不等。将这些费用与第11.1节中给出的资本费用估计数相比较，可以看出，光罩的费用很容易超过资本设备的费用。此外，掩模成本的增长速度似乎快于设备成本，这使得在考虑光刻拥有成本时，考虑掩模成本变得更加重要。这对于特定应用集成电路的制造商来说尤其如此。对于每个光罩仅使用500个晶圆的情况下，这些成本飙升至2 - 400美元/片曝光，取决于掩膜成本在1K - 200K范围内。请注意，这些成本指的是光刻操作的单道工序。由于完全制造一个集成电路需要20或更多的掩模步骤，这些掩模成本在总制造成本中占很大比例。使用交替相移掩模或CPL，掩模成本可以是二进制掩模的两倍，甚至更多。
掩模成本对每个晶圆片整体光刻成本影响的这些差异，表明了半导体行业发展的分歧。对于dram和主流微处理器制造商来说，掩模成本要低于特定应用集成电路制造商。这些不同类别的制造商可能会在未来寻求不同的解决方案，以掩盖成本继续上升。
光罩价格上涨的后果必须放在总成本的背景下考虑。据估计，90纳米技术专用集成电路的总开发成本约为3000万美元。在这些花费中，只有240万美元用于购买光罩。对于90纳米技术，光罩的费用，作为总开发成本的百分比，相当于加州的销售税。采用新一代的光刻技术是值得的，当每片晶体管数量显著增加时，因为与新光刻技术相关的更大的费用是合理的，当它有助于避免大的模具尺寸。这只对晶体管数量大的集成器件有影响。器件设计成本将随着晶体管数量的增加而增加，随着晶体管数量的增加而变得更加昂贵。尽管掩模成本在未来的技术(22nm节点及以上)中将会更高，设计成本也会更高。对于非常复杂的大批量产品和设备，增加光罩成本是合理的。
然而，特种产品生产数量少由于光罩成本的原因，最先进的技术无法满足市场要求，以较低的销售价格销售。正如第13章所讨论的，也考虑到低产量产品的无掩模光刻技术。
11.1.4 Rework
光刻在半导体制造工艺中是独一无二的，因为它可以很容易地返工。如果发现阻片中的图案大小或位置不正确，可将阻片剥离并返工。虽然返工比报废硅片更有成本效益，但至少在短期内，返工仍然是一个巨大的成本，因为光刻操作需要执行多次，以正确的模式，返工硅片。如果是需要重制的晶圆的比例，光刻成本与不重制的成本相比直接增加(1+f)倍。
还有一些与返工相关的间接成本。超过百分之几的返工水平表明有较差的过程控制。由于返工水平高，很难组织生产，因为不能确定晶圆片何时完成光刻操作。这些返工的间接成本往往超过直接成本。为了确保参数在规格范围内的晶圆被送至光刻后处理，有必要仔细测量很大一部分晶圆。因此，一个过程控制差的光刻操作将需要有更多的计量设备。下一节将更详细地讨论这种计量成本。
11.1.5 Metrology
对于低能力的工艺，有必要测量晶圆(线宽，覆盖层，缺陷)，以确保晶圆在规格范围内加工。即使对于控制良好的过程，也需要一定程度的测量，因此很难准确地说明已经购买了哪些计量工具来满足最低要求，以及添加了哪些工具来解决低过程能力的问题。
无论如何，计量成本确实需要考虑到总体拥有成本，但其中一些成本，由于糟糕的过程控制，是不容易量化的。测量需要复杂的工具，每一个都要花费数百万美元。这些测量成本需要包括在任何平版成本的估计中。在第11.1.8节中讨论的这些工具的设备成本通常很低，但资本成本可能相当大。由于测量不是在每一个模板晶圆上进行，计量资本成本的表达式类似于式(11.1)，但必须减少实际测量的晶圆的比例。假设对所有晶圆片的覆盖层、线宽和缺陷进行了测量。假设所有计量工具的设备利用率大致相同，
11.1.6 Maintenance costs
Eq.(11.1)的利用率中包含了部分维护成本。停机时间的最大费用是增加的每一个晶圆暴露的资本成本。额外维护费用包括:
1.零件成本。对于某些子系统，如准分子激光器，这些成本可能很大。一个很大的零件成本是资金成本。为了减少停机时间，昂贵部件的库存是必要的，但这些部件是有价值的。因此，钱被投资在备件上。
2. 服务合同。光刻工具，特别是晶圆步进器和计量设备，是非常复杂的，往往需要非常专业的专业知识来修复他们时，他们是坏的。通常情况下，将维修工作承包给设备供应商是很有用的，这些供应商可能拥有经过充分培训的维修人员。
3.由自己的维修技术人员进行的维修需要对这些人进行培训和支付费用。一套现代平版光刻相片簇的估计折旧费以前估计为每小时1347元。能够迅速修理损坏设备的人是必不可少的。当然，更重要的是，光刻设备本质上是可靠的，以避免因设备停机而产生的巨大费用。
11.1.7 Labor costs
人工成本在整个光刻成本中所占比例相对较小。一个典型的操作员可以操作两个光催化剂。包括员工管理费用，该成本为每台photocluster每小时20美元（或更少）。在每个光影组每小时112个晶圆的净吞吐量（每小时140个晶圆，利用率80%）下，每个晶圆的劳动力成本为0.18美元。这是∼资本设备成本的1.5%。直接劳动力成本很容易被工具利用率的微小差异所抵消，因此高技能劳动力是一种竞争优势。仅提高1%或2%的生产率就可以完全补偿直接劳动力成本。
11.1.8 Facilities costs
设备成本包括洁净室空间、电力、压缩空气或氮气、去离子化晶片、冷冻水和排气的成本。设计用于曝光300mm晶圆的现代步进扫描系统具有相当大的足迹，与曝光系统相连的光阻处理工具也是如此。一个完整的光集群的建筑面积可以接近60平方米，包括设备入口空间。一个拥有3万平方米洁净空间的大型现代晶圆厂单是建筑成本就需要5亿美元。那么，光簇的楼面空间成本就是
对于一个80%利用率的光簇，每小时140个晶片的原始生产能力，这个楼层空间的每片晶片成本是0.20美元，假设该建筑连续五年折旧。这与设备资本成本和面罩成本相比很小，但并非微不足道。
11.2 Mix-and-Match Strategies
减轻光刻高成本的一种方法是，只对最关键的层使用尖端(和昂贵的)机器，而对不太关键的层使用便宜的工具。这是多年来的普遍做法。用于分辨率要求相对较低的层上的曝光系统通常是根据吞吐量和价格进行优化的，而不是分辨率和叠加。表11.6列出了具有代表性的非关键层暴露工具。这些系统通过具有大的场尺寸来实现高吞吐量，提供了在更少的步骤中暴露晶圆的潜力。此外，它们都是步进重复系统。虽然这些不是最先进的曝光工具，但它们仍然具有出色的成像能力。如此大的视场和良好的成像能力是近年来透镜技术的重大进展的结果，如非球面透镜元件。另一种降低资本成本的方法是在几代技术中使用步进器。随着高分辨率步进器年龄的增长，它们将不再能够成像最小的几何图形。继续使用这些步进器，但不是在最关键的层上，是一种非常划算的方法，因为这些步进器已经被购买，并且经常被完全贬值。
在许多应用中，最高分辨率的步进器不能用于某些掩蔽层。在较大的特征尺寸下，成像关键特征<100 nm所需的数值孔径具有有限的聚焦深度最适合打印低分辨率或非关键层。能够绘制这种小特征的曝光工具通常是DUV系统，并且很少有足够高粘度的DUV光阻用于涂覆厚层。低数字孔径i线步进器对于打印许多种植掩模或衬垫掩模很有用，因为这些掩模的光刻胶可能很厚。在这些情况下，高分辨率步进器实际上可能表现不佳，因为它们的聚焦深度有限。一般来说，低分辨率的透镜比高分辨率的透镜更容易设计和建造，特别是当线宽均匀性和失真要求稍微放松时。这些不同的步进要求，连同高吞吐量的潜力，可以利用来降低光刻的总成本。今天，使用不同类型的步进器来解决不同掩蔽层的不同要求，同时最小化整体光刻成本是很常见的。这种做法被称为混合匹配光刻。
当视场面积扩大到原来的四倍时，在没有改变照明器设计和改进光源的情况下，光强将下降相同的数量。例如，有a44-mm×44-mmfield大小的尼康4425i，据报道在晶圆平面上的光强度是corresponding22-mm×22-mm-fieldi线步进器的三分之一到一半。然而，由于步数的减少和沉降时间的减少，总步进时间也减少了，尽管两场之间的步进距离增加了一倍。
由于对非关键层曝光工具的覆盖要求也放宽了，沉淀时间可以缩短，从而进一步提高工具的吞吐量。虽然经常值得努力，实现混合和匹配光刻是不平凡的。它可能涉及使用来自多个公司的步进器，或使用不同操作界面的步进器。这需要对操作人员、工程师和维护技术人员进行额外的培训，并需要维护一个单独的备件库存。如果一种曝光工具的场比另一种小，充分利用步进器提供的非常大的场可能需要非同心圆场(图11.7)。虽然由非关键层步进器生成的层的覆盖要求不是最严格的，但对于给定的技术，植入层的设计规则通常假定覆盖能力至少符合两个最关键的要求。由于图11.7所示的非同心几何结构，实现良好的叠加是很复杂的，特别是当使用的一个透镜具有非随机失真成分
即使使用同心场，也存在仅在混合和匹配情况下发生的重叠问题。第6章对此进行了讨论。尽管存在这些问题，混合匹配光刻通常是值得努力的，因为关键层和非关键层机器之间的资本成本差异可能超过3000万美元。这样的资本成本节约可以支付大量培训、备件和解决技术问题的工程时间。
多年来，高分辨率的步进重复系统确实比用于非关键层的工具具有更小的油田，这往往导致了图11.7所示的混合匹配光刻的情况。今天，现代化的高性能系统是具有大视场的步进扫描工具，简化了混合匹配光刻。然而，为了控制镜头成本，未来可能会回归到更高分辨率工具的更小的视场尺寸。如果是这样，还将返回到图11.7所示的情况。在过去20年里，光学光刻设备的成本不断上升。幸运的是，随着该技术的成熟，生产效率也相应提高，以抵消工具成本的上升。当衍射极限达到时，就有必要转向非光学技术。光学光刻的替代品将需要引入非常高的生产力水平，以便具有与光学前辈相同的成本。光学光刻的一些可能的后继者将在接下来的两章讨论。
